双模多光子纠缠态与多原子体系的消相干

摘要

量子信息学主要包括量子计算和量子通信两大方面，它是在量子力学的基本原理上产生的一门新兴交叉学科。量子计算优越于经典计算是在于量子计算利用了量子信息学中的重要物理资源——量子相干叠加性，但是由于量子系统不可避免地要和它周围的环境产生相互作用，导致在量子系统的量子态与环境态之间产生纠缠，从而破坏了量子态之间的干涉效应，产生了量子消相干。也可以说，量子消相干的过程就是让量子态之间的相干效应减弱或者完全消失的过程。 本论文首先叙述了与量子消相干相关的基础理论，包括量子系统与环境热库的基础知识，消相干的表示，消相干的形式理论，表示消相干过程的主方程，以及能对量子态的纠缠度作出很好度量的几种熵。 在本论文的第二章我们研究了双模多光子纠缠态的消相干过程以及性质，从双模多光子纠缠态与环境相互耦合的主方程出发，得出了发生消相干后的双模多光子纠缠混合态，同时我们提出了一种新的纠缠混合度来度量双模多光子纠缠混合态，并计算出双模多光子混合态的生成纠缠。 近年来，多体量子系统的消相干过程成为人们研究的热点。在本论文的第三章我们研究了多原子体系与它周围环境耦合的消相干性质，从一般开放系统的主方程出发，通过超算符Lie代数方法，给出了多原子体系与环境耦合的主方程及其主方程的精确解，在多原子体系初态为具有特殊纠缠结构的W态的情况下，我们给出了在消相干下W态的global纠缠。

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引言

1 量子信息中的消相干

1.1量子体系与环境热库

1.1.1量子体系与环境热库的密度矩阵表示

1.1.2量子体系与环境热库间的相互作用

1.2消相干理论

1.2.1消相干的表示

1.2.2消相干的形式理论

1.3混合态的演化——主方程方法

1.3.1 Markov量子主方程

1.3.2 Markov近似

1.3.3非幺正演化主方程

1.4熵

1.4.1 Von Neumann熵

1.4.2量子相对熵

1.4.3线性熵

2双模多光子纠缠态的消相干与纠缠度

2.1双模多光子纠缠态的消相干

2.2双模多光子纠缠混合态的混合度以及纠缠度

2.2.1双模多光子纠缠混合态的混合度

2.2.2双模多光子纠缠混合态的纠缠度

3多原子体系的消相干

3.1一般开放系统的主方程

3.2主方程的求解方法——超算符Lie代数方法

3.3多原子体系与环境相互作用的主方程及其精确解

3.4初始态为W态的多原子体系混合态的纠缠度

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表和完成的论文